关于系数论文范文参考文献,与大风区桥梁挡风屏抗风性能相关论文发表

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【摘 要】我国大风区分布广泛,自然条件恶劣,列车脱轨、倾覆事故频发.本文采用CFD数值计算的方法,计算结果与风洞模型试验结果进行对比,从而对桥梁挡风屏的气动参数进行分析研究.

【关 键 词】CFD数值计算；风洞模型试验；挡风屏；

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0前言

我国的大风多发区主要有三个：青藏高原的大部分地区、新疆西北部以及内蒙古中北部地区、东南沿海地区及其附近的岛屿,此区域的特点为自然条件恶劣、大风持续时间长、人烟稀少,铁路风灾严重.根据既有新疆铁路资料,自开通运营以来,铁路运输因风灾造成事故频发,发生了至少32起列车脱轨、倾覆事故,造成了货车约100节,客场10节[12]损毁；而造成的列车停运次数更是无法统计,已经严重影响了铁路运营安全与正常运营[3],也造成了不良的社会影响.

根据日本新干线的建设经验[4],在桥梁或者路基上设置合适的挡风屏,在同样风速下运行,列车运行速度得到提高,并且停运次数得到明显改善,风对列车的不利影响也能显著降低.本文通过建立数值模型,选择合理的挡风屏结构型式,模拟列车在挡风屏作用下,列车气动参数的变化.

1挡风屏的形式与研究方法

通过综合分析已有铁路防风结构的优缺点,满足挡风效果明显、结构合理、坚固耐久、美观协调条件,提出与梁体连接的板式桥梁挡风结构方案.

目前,桥梁挡风结构研究方法有[5]：风洞模型试验和数值模拟.

风洞试验能够准确控制试验条件、受外界气候条件和时间的影响较小、风洞模型试验比较安全可靠,而且试验效率高且成本低等优点.其自身的不足主要有边界效应或者边界干扰、支架干扰、相似准则不满足等.

CFD数值模拟可以重复计算,具有成本低、周期短、精度相对高等特点,计算参数可以采用试算法估计,逐渐提高精度,减少了模型试验的盲目性,反过来可以辅助指导试验.

2列车气动力的二维CFD计算

计算采用了两种类型的挡风结构：半封闭和全封闭模型,半封闭挡风屏高度为4米,两个模型透风率均取20%,在箱型桥梁下,计算列车的气动力.

在划分单元网格时,接近车桥的网格为非结构化网格,其他区域结构化网格,网格总数约为30万.流体进口设置为速度边界条件；流体出口设置为压力边界条件；上下设滑移壁面条件.湍流强度取0.5%[6].

计算结果表明：对于半封闭结构,在无挡风屏时,上侧车的侧力系数为0.94,升力系数为0.66,力矩系数为0.31；有挡风屏上侧车时,车的侧力系数为0.25,升力系数为0.04,力矩系数为0.20；有挡风屏下侧车时,车的侧力系数为0.08,升力系数为-0.01,力矩系数为0.06；

对于全封闭结构,在无挡风屏时,上侧车的侧力系数为0.98,升力系数为0.64,力矩系数为0.30；有挡风屏上侧车时,车的侧力系数为0.21,升力系数为0.02,力矩系数为0.08；有挡风屏下侧车时,车的侧力系数为0.04,升力系数为0.01,力矩系数为0.02；

由此可得：

1）设置了半封闭和全封闭挡风屏后,列车的三分力系数均大幅降低,挡风屏的效果比较好.

2）半封闭挡风屏相对于无挡风屏,上侧列车的侧力系数从0.94降低到0.25,降低了三倍,侧翻力矩系数从0.31降低到0.2,也相应的降低了50%；全封闭挡风屏相对于无挡风屏,下侧列车侧力系数从0.98降低到0.21,降低了了4倍,侧翻力矩系数从0.30降低到0.08,降低了3倍之多,封闭挡风屏在强风条件下,作用显著.

3）由于大风区风向的不固定性,双侧封闭挡风屏更为有利,全封闭挡风屏挡风效果好于半封闭挡风屏,但其工程造价要高些.

3列车三分力系数数值计算与风洞试验的对比

半封闭挡风屏,挡风屏高4米,透风率为20%,内侧有车情况下,数值计算侧力系数为0.253,升力系数为0.036,侧翻力矩系数为0.201；节段模型试验侧力系数为0.226,升力系数为0.050,侧翻力矩系数为0.228；由此可得,二维数值模拟与1：30缩尺比例的模型试验结果相差不大,侧力系数误差为4%,侧翻力矩系数误差为3%,数值计算结果可信.

4结论

1）采用典型截面进行二维简化数值模拟,有效的节约了计算成本.

2）设置与梁体连接的板式挡风结构,结构合理,计算出的列车三分力系数得到明显降低,挡风效果显著.

3）通过数值模拟表面,桥梁上设置透风率20%的封闭挡风屏结构,列车运行时的侧力和侧翻力矩都降低到最优.从而能够减少列车侧翻、停运等事故,确保风区列车行车安全.

4）列车的气动性能深入研究还需结合实车试验以及风-车-桥耦合振动加以综合分析研究.

【参考文献】

[1]李永乐.兰新铁路第二双线风灾统计与分析[J].西南交通大学桥梁工程系,2010.

[2]郑继平.南疆线桥梁挡风墙结构性能研究[D].西南交通大学硕士学位论文.2008.

[3]黄泰鑫.沿海铁路桥梁挡风墙抗风作用研究[D].中南大学硕士学位论文.2010.

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[4]日比野有.风对车辆安全性的影响（译）[J].铁道总研报告.2008.

[5]陈政清.桥梁风工程[M].人民交通出版社.2005.

[6]唐煜.桥梁挡风屏对强侧风条件下列车运营安全性的影响[D].西南交通大学硕士学位论文.2010.

[7]江帆,黄鹏.FLUENT高级应用与实例分析[M].清华大学出版社.2008.

[8]韩占忠,王敬等.FLUENT流体工程仿真计算实例与分析[M].北京理工大学出版社.2009.

【作者简介】

权晓亮（1986-）,男,陕西扶风人,助理工程师,硕士研究生.专业：桥梁与隧道工程.研究方向：桥梁抗风.

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